区域地球化学层圈
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发布时间：2022-04-23 23:02
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时间：2023-05-27 06:15
(一)研究区地球内部层圈结构
关于研究区地球内部的层圈结构，已有很多学者从更大范围内进行过讨论，但大多数研究成果集中在晚中生代以来的岩石圈大规模减薄和壳幔相互作用及其对区域构造-岩浆活动的影响方面。有资料表明，以大兴安岭为界，其东西两侧的岩石圈与地壳厚度明显不同。西部岩石圈与地壳厚度分别为100～110km和38～41km，而东部则分别减薄至60～80m和36～29km。此外，不同地质构造单元的基底性质和岩石圈结构也有区别。根据对区域花岗岩Nd同位素特征，特别是模式年龄及其所代表的地壳年代的分析，研究区内出露的沉积岩和长英质变质岩具有基本相同的Nd同位素组成，反映古生代时表层地壳的年龄以中元古代为主;而形成于中生代的花岗岩Nd模式年龄所反映的地壳年代主要为新元古代。这表明由花岗岩反映的深部地壳年龄比表层年龄轻，显示出地壳年龄结构具有下新上老的特点。
图4-3是西拉木伦河以南的中新生界盖层之下地球内的层圈结构及不同层圈的地震波速。图上显示上地壳VP为6.1～6.3km/s，是前寒武纪老变质岩基底构造层的反映;中地壳VP为5.5～6.1km/s，是一个复杂的低速层位，主要由太古界深变质岩层组成，其中剪切破碎、裂隙纵横、滑脱层发育，且有矿化水充填，为壳内低速层;下地壳VP为6.4～7.3km/s，主要为远太古代中、高压片麻岩、麻粒岩类和变基性超基性岩层;莫霍面VP为8.0km/s，具有一定厚度和成层性，它是上地幔和地壳的分界，且与岩性变化、相变活动和动力学环境有关，既是地质界面又是物理界面。属华北板块型陆壳结构。
图4-3 敖汉-东乌旗地壳结构图(据张振法等，2000)
而西拉木伦河以北地震剖面穿过了大兴安岭隆起南端和二连盆地群(内蒙古中部古生代造山带东段)。在中新生界盖层之下的上地壳和中地壳VP为6.1～6.2km/s，厚度约30km;中地壳，是巨厚的未变质和浅变质古生界岩层，厚度可达30km左右，中地壳内未见低速层，也未见康氏面;下地壳VP为6.4～7.9km/s，为变基性超基性岩层，属于早期地幔的产物;莫霍面VP为8.1km/s。既成层，又有一定厚度，具有复杂的内部结构。属于造山带陆壳结构。
由上述讨论可以看出，研究区主体处于兴-蒙古生代造山带的范围之内，其地球内部层圈应同西拉木伦河以北地区相同，总体表现为由上地壳、下地壳到地幔的3层结构，地震波速反映地壳内部无低速层，壳幔之间也无明显的壳幔过渡带存在，与华北板块明显不同。
(二)不同层圈的地球化学特征
不同层圈的地球化学结构主要是根据源于相应源地并出露于地表的岩性地球化学特征，不同元素地球化学性质，并结合不同层圈的物理化学状态和不同元素有偏在性等因素，进行综合分析而获得的。理论上说，仅就主要成矿元素而言，Fe、Au、Ni、Cr、Co等元素主要富集于地幔内部，W、Sn、Mo、Pb、Zn、Ag、As、Sb、Hg、稀土、稀有金属等则更明显地集中在地壳层次范围内，Cu、Bi等则可能出现在各种层圈。由于在长期的地质历史演化过程中，不同层圏物质发生了各种程度的混合、交换，因此会影响相关层圈的地球化学结构和元素组合特征。特别是不同类型的地质作用会在较大程度上影响上地壳，主要是地表的地球化学特征。例如岩浆作用特别发育，即大面积岩浆岩分布区，其元素地球化学结构便基本上反映了其源区富集的成矿元素组合。通常情况下，以太古代、元古代等为主的古老结晶基底所表现出的地球化学组成可以反演为下地壳的地球化学结构，源于不同层圈的火成岩(包括火山岩和侵入岩)，尽管在岩浆演化过程中，存在着不同成矿元素再分配的事实，但对其的综合分析也可以反演相应层圈成矿元素地球化学的聚散趋势。对重要典型矿床成矿物质来源进行研究，可以通过讨论成矿物质(元素组合)的来源去反演不同地质体和/或地球层圈的地球化学结构等等。
洪大卫等(2003)对本区各时代地层中各种组成岩石的成矿元素含量进行了测试(表4-1)，这些岩石完全没有蚀变。基于本区地壳不同岩性的组合关系和演变历史，认为通过这一结果可大体反映了不同地球层圈的地球化学结构。就表中所列的元素看，各种岩石中Zn元素的含量为81×10－6～151×10－6，普遍高于地壳克拉克值，表明Zn是本区不同地球层圈都富集的元素;Pb、Fe两元素在火山岩中的含量较高，其次为古老地层的火山-沉积变质岩系，其他沉积岩中含量相对较低。表明它们主要集中在下地壳层次。就岩浆而言，本区出露的表征缝合带环境的基性—超基性岩体内也有较高的含量，除与Fe这类岩性间的亲和性外，同时表明这些岩石的源区———地幔本身也是富铁的;而Cu在安山岩、细碧岩、细碧角斑岩、粗玄岩和辉绿岩中的含量较高，高于地壳克拉克值2～6倍，说明深部地壳或上地幔较富铜，本区的铜矿床主要与这些建造有关。其他元素大都低于地壳克拉克值。据本项目研究，本区不同时代的岩浆岩，特别是中生代岩浆岩，如花岗闪长岩、花岗闪长斑岩等普遍富集金，为3.2×10－9～3.7×10－9，而在苏尼特左旗和红格尔-吉尔嘎朗图岛弧带的古生代火山岩系中也具有相对高的金含量，同时在基性—超基性岩体中金也表现出明显的富集趋势，并结合不同成因、不同类型的金属矿床中通常都有金伴生甚至共生产出的事实，表明Au是本区不同层圈内均富集的元素之一，但主要来源于上地幔。
表4-1 区域地层未蚀变岩石成矿元素丰度值
注:元素含量Fe为%，其余为10－6。
从区域成矿元素方面看，中亚造山带的金属矿床以铜多金属为主，包括Cu、Au、Mo、Ni、Pb、Zn、Ag、Sn、W、Cr、Fe等，此外，还有U、Co、稀有、稀土元素以及P、Sb、As等，本项目还在工作区内发现了乌兰哈达、乌和尔楚鲁、森吉格等铋矿点。可本区成矿元素组合十分丰富多样。表4-2列出了本区较早发现的典型矿床和外围若干矿床成矿元素及相关元素含量或组合情况。这些具有不同元素地球化学习性的元素聚集在一起，一方面反映其可能是不同成矿期的产物，另一方面也表明了它们的源地是不一致的。这种现象在其他的矿床中也颇常见，反映这可能是本区一种带普遍性的特征。可以结合表4-2的内容并根据前人对相关矿床成矿物质来源的研究成果进一步讨论本区不同层圈的地球化学结构。
表4-2 研究区及区域部分矿床矿石主要成矿元素含量或元素组合特征
注:元素含量Cu、Pb、Zn、Ag为%，其余为10－6。
研究表明(王建平，2003)，吉林宝力格具有明显的多期(次)叠加成矿特征，主要标志是角砾状构造的矿石大量发育。见全岩矿化角砾岩型矿石，从角砾至胶结物几乎均为金属硫化物，早期黄铁矿(少量黄铜矿)呈1～4cm棱角状角砾，被晚期毒砂、方铅矿、闪锌矿、黄铜矿等胶结。该矿Cu、Pb、Zn、Au、Ag、Sb、Sn、Bi、Co几乎均够工业品位，实属罕见。其富银矿主要产于铅锌矿石中，而Au、Co与Cu呈明显正相关关系。表明Au-Co-Cu和Ag-Pb-Zn分别具有不同的主要源地。据分析，早期成矿(矿化)发生在古生代末期，形成喷流-沉积型矿床。本区及区域上发育的古生代地层为Ca、Mg、Fe、Cu、Pb、Zn、Ag等元素组分相对富集的层位，其中Cu、Pb、Zn、Ag等一般高于地壳克拉克值2～25倍，应是银铅锌的主要源地，同时是铜的源地之一;燕山期强烈的成矿作用叠加于其上，形成了Au-Co-Cu等矿化。它可能与本区中生代强烈的岩石圈大规模减薄引发和壳幔相互作用密切相关，反映了以幔源物质为主的地球化学特点。
大井矿床是工作区南部邻区(大兴安岭南段)最重的锡铜银铅锌多金属矿床的典型代表之一。赵利青(2001)研究认为，矿化元素之间的关系不支持沉积喷流的成因观点。这与储雪蕾等(2002)对大井铜多金属矿床矿石和基性—超基性岩脉的PGE研究认为，该矿床的形成与深源岩浆活动有密切关系，不可能为同生或准同生沉积的海底喷流(即SEDEX)型矿床的结论一致。该矿床成矿元素具有复杂的组合和空间分带特征。从北西西到南东东，由Ag-Cu-Sn-Pb-Zn混合矿化，经Cu-Sn-Ag变化为Pb-Zn-Ag(局部铜和锡)矿化的分布规律，多阶段叠加的特点十分明显。具如下4个主要阶段:①Sn+As+Co;②Cu+Sn+Ag±Au±Co;③Ag+Cu±Au;④Zn+Pb+Ag±Cu。一般认为地层，特别是前寒武纪的基底岩石，侵入于地层中的岩浆岩(脉)、火山-次火山岩(主要是晚古生代火山盆地火山作用产物)以及上地幔均提供了不完全相同组分的成矿物质。其中Sn矿化形成最早，主要源于前寒武纪基底岩石和火山-次火山热液;Cu矿化时间最长，基本上每期矿化都有铜的参与，可能具有最为广泛的来源;Ag、Pb、Zn等则主要源于成矿相对晚期混合热液对于地层和岩石的成矿物质提取;Au主要与成矿中晚期的Cu相伴，主要源于上地幔及由其衍生的岩浆岩。
康明等(2004)对闹牛山-巨里河多金属成矿区带(包括莲花山铜-银矿床、长春岭铅-锌-银矿床、闹牛山铜矿床、布敦化铜矿床、孟恩陶勒盖银-铅-锌矿床、好来宝铜-钼矿床等)的不同时代、不同产状的侵入岩体及同时期的火山-次火山岩中金属元素含量进行了统计研究，并认为区域主要源于下地壳的华力西期岩浆岩以富集Bi、Pb、W、As、Cu、Sn、Ag等为特征，其中Bi、Ag、W、Sn已达到强烈富集，Au、Mn、Sr、V为相对贫化，Au、Cu在源于地幔的基性超基性岩体中含量较高。而燕山早期主要源于上地幔-下地壳混源的侵入岩也以富集Bi、Pb、Ag、W等为特征，其次为As、Ag、Sn、Co、Ni。同时Au在地层中的初始本底含量均较低。经与区内火山-次火山岩地球化学特征对比分析，认为该成矿带中的Bi、W、Sn、Ag、Pb、Cu等成矿元素及伴生元素主要来源于区内火山-次火山岩，包括了下地壳和上地幔的混合贡献。
内蒙古小坝梁矿床是位于研究区内的大兴安岭中南段的一个中型铜-金多金属矿床(王长明等，2007)，产出于著名的贺根山蛇绿岩带内部，其周围并有大量铜、铬、铁等多金属矿床点发育。矿床中钴、镍等元素含量也很高，表明本区是一个以铁、铜、金、铬、钴、镍等为主要成矿元素组合的地球化学区。据陈德潜(1995)研究，该矿床形成于243±15Ma的早二叠世，Cu、Au矿化与相关的一套基性岩、凝灰岩与石英角斑岩为同源(来自地幔)、同期(华力西晚期)火山作用的产物，成矿物质主要源于地幔的中基性火山-次火山岩浆，由于本矿床未见明显的后期叠加成矿特征，因而该元素组合充分反映了地幔中富集的元素地球化学特点。
产出于研究区西部苏尼特左旗中晚古生代岛弧区的矿床，包括巴彦温都尔金矿、必鲁甘干钨矿点，结合本项目在苏尼特北部地区发现的由乌兰哈达-乌和尔楚鲁和森吉格铋-钨-铜-金矿化点等构成的矿化带，同产出于其北部弧间盆地内部的部分矿床，如阿札哈达、莫若格钦、白音乌拉、绥中查干等具有相似性，为一组富集Bi-Cu-Au-W-Fe(-As-Pb-Zn-Sb)的矿床。据赵利青等(2003)研究，对苏尼特左旗地区赋存于不同时代岩石和地层中的金矿化脉体获得两个同位素年龄:337Ma和236Ma。337Ma可能相当于中古生代碰撞造山期的变质作用阶段的年龄，而且明显地叠加有225.63Ma和247.58Ma的热事件(它们与近EW向韧性剪切带的形成时代一致)。236Ma，与主要韧性剪切活动时代(224Ma)接近，应为可靠的成矿年龄，即三叠世成矿。并同时认为其成矿物质源于深部，带有与大兴安岭南段相似的幔源物质成矿特点。这与不同矿床成矿元素组合一致。此外，同在岛弧北部的弧间盆地还产出有一组以Fe-Pb-Zn为主要成矿元素组合的矿床(如朝不楞、达赛脱、阿尔哈达、查干敖包等)，它们的形成与盆地火山-沉积作用密切相关，反映了以下地壳源物质有联系。
综上分析，可以看出，研究区不同地球内部层圈中富集的元素组合特征。上地壳以富集Zn-Pb-Ag为主要特点，下地壳以Bi-Pb-Zn-Ag-Cu-W-Sn-U-Mo稀有元素为特点，而地幔中以富集Cu-Fe-Au-Cr-Co-Ni-Sn-Bi等为主。
